信号处理: Block Pending Handler 与 SIGKILL/SIGSTOP 实验

1. 信号处理机制的 “三张表”

kill -l ：前 31 个信号为系统标准信号。

block pending handler 三张表保存在每个进程的进程控制块 —— pcb 中，它们分别对应了某一信号的阻塞状态、待处理状态以及处理方式。

block ：通过 sigset_t 类型实现，是一个位字段集合，每一位对应一个信号；如果某一位被设置，则对应的信号会被阻塞；信号的阻塞状态与该信号是否被发送到进程无关 。
pending ：与 block 相同，通过 sigset_t 类型实现，用于记录 已经发送给进程但未被处理 的信号。
handler ：函数指针数组，指向各个信号的处理方法（函数）。

2. 介绍几个信号处理的系统调用

sigemptyset ：用于初始化一个信号集为空，即将信号集中的所有信号位都清零。

创建一个 sigset_t 类型的变量，在对该变量进行各种信号处理操作之前，先要使用 sigemptyset 对该变量初始化。

	sigset_t sig;sigemptyset(&sig); // 对 sig 初始化, success -> 0, fail -> -1

sigaddset ：用于在一个已存在的信号集中添加信号。

	sigaddset(&sig, SIGINT); // success return 0, fail return -1

sigprocmask ：用于更改当前进程的信号掩码，简单来说即设置哪些信号被阻塞。

 sigprocmask(int how, const sigset_t* signal, sigset_t* old_signal);

how 的处理方式， SIG_BLOCK SIG_UNBLOCK SIG_SETMASK

SIG_BLOCK ：设置新的信号掩码，同时保留旧的信号掩码

SIG_UNBLOCK ：取笑新信号掩码中的信号阻塞，并保留旧的信号掩码

SIG_SETMASK ：设置新的信号掩码，并丢弃旧的信号掩码

	sigset_t oldsig;sigemptyset(&oldsig);sigprocmask(SIG_SETMASK, &sig, &oldsig);

sigpending ：用于获取当前进程中待处理的信号集。

	sigset_t pending;sigemptyset(&pending);sigpending(&pending);

sigismember ：用于测试一个信号是否在一个信号集中，存在返回 1，否则返回 0。

	sigismember(&pending, SIGINT);

3. demo —— 示范案例

demo 中主要完成以下四个动作：

屏蔽 2 号信号 —— SIGINT
获取当前进程的 pending 表
打印 pending 表
取消对 2 号信号的屏蔽

其中，2. 和 3. 是 “同时” 且重复进行的，意味着将出现这样一个现象：当前进程在接收 2 号信号之前，pending 表 2 号信号对应位置为 0；向当前进程发生 2 号信号后，pending 表 2 号信号位置被设置。

以及，取消对 SIGINT 的屏蔽后，2 号信号会被立即递达，进程结束。

1) 屏蔽 2 号信号

#include <iostream>
using namespace std;
#include <signal.h>int main()
{// 1. 屏蔽 2 号信号sigset_t block;sigset_t old_block;sigemptyset(&block);sigemptyset(&old_block);sigaddset(&block, SIGINT);sigprocmask(SIG_SETMASK, &block, &old_block);cout << "process pid: " << getpid() << endl;cout << "block SIGINT success ..." << endl;return 0;
}

2) 获取当前进程的 pending 表 | 3) 打印 pending 表

#include <unistd.h>void PrintSig(sigset_t pending)
{cout << "process pending: ";for (int i = 31; i >= 1; i--){if (sigismember(&pending, i))cout << "1";else cout << "0";}cout << endl;
}int main()
{// ...while (1){// 2. 获取当前 pending 表sigset_t pending;sigemptyset(&pending);sigpending(&pending);// 3. 打印 pending 表PrintSig(pending);sleep(1);}}

将这部分代码先运行起来，并对该进程发送一个 SIGINT 信号，观察现象：
在这里插入图片描述

当前进程（3988092）pending 表的 2 号信号对应位置被设置，但进程没有退出！

4) 取消对 2 号信号的屏蔽

int main()
{while (1) {// ...   // 4. 取消对 2 号信号对屏蔽++cnt;if (cnt == 20){sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &block, &old_block);}}
}

为了使 2 号信号恢复且被递达后的观察效果更明显，我们对 PrintSig 函数 做一下优化，再 对 2 号信号的处理程序自定义。

介绍一个新的系统调用接口：signal

signal() 允许我们为特定信号指定一个处理函数 —— handler() 是一个参数类型为 int 返回值为 空 的函数，当信号到达时，该函数将被调用。

#include <iostream>
using namespace std;
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>void PrintSig(sigset_t pending, int count)
{cout << "process pending: ";for (int i = 31; i >= 1; i--){if (sigismember(&pending, i))cout << "1";elsecout << "0";}cout << " , cnt: " << count << endl;
}void handler(int signal)
{cout << "2 号信号被递达" << endl;exit(1);
}int main()
{signal(SIGINT, handler); // 对 SIGINT 的处理方式重定义// 1. 屏蔽 2 号信号sigset_t block;sigset_t old_block;sigemptyset(&block);sigemptyset(&old_block);sigaddset(&block, SIGINT);sigprocmask(SIG_SETMASK, &block, &old_block);cout << "process pid: " << getpid() << endl;cout << "block SIGINT success ..." << endl;int cnt = 0;while (1){// 2. 获取当前 pending 表sigset_t pending;sigemptyset(&pending);sigpending(&pending);// 3. 打印 pending 表 PrintSig(pending, cnt);sleep(1);// 4. 取消对 2 号信号对屏蔽++cnt;if (cnt == 20){sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &block, &old_block);}}return 0;
}

在这里插入图片描述

进程运行 20 秒后，SIGINT 的屏蔽被取消，SIGINT 被递达，进程终止！

4. 对 SIGKILL 和 SIGSTOP 的验证

pid 为 “当前进程” 的 pid

while :; do for i in {1..8}; do kill -$i pid; done; sleep 1; done    # 对进程发送 1~8 号信号
while :; do for i in {10..18}; do kill -$i pid; done; sleep 1; done  # 对进程发送 10~18 号信号
while :; do for i in {20..31}; do kill -$i pid; done; sleep 1; done  # 对进程发送 20~31 号信号

对原代码做出修改：使用 for 循环，让进程阻塞 1~31 号信号；

随后，在另一窗口使用 bash 脚本，分别向当前进程发送 1~8 、 10~18 、 20~31 号信号，观察进程的 pending 表；

在过程中，对当前进程发送 9 号信号和 19 号信号，观察现象。

#include <iostream>
using namespace std;
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>void PrintSig(sigset_t pending)
{cout << "process pending: ";for (int i = 31; i >= 1; i--){if (sigismember(&pending, i))cout << "1";elsecout << "0";}cout << endl;
}void handler(int signal)
{cout << "2 号信号被递达" << endl;exit(1);
}int main()
{// 1. 屏蔽 1~31 号信号sigset_t block;sigset_t old_block;sigemptyset(&block);sigemptyset(&old_block);for (int i = 1; i <= 31; i++){sigaddset(&block, i);}sigprocmask(SIG_SETMASK, &block, &old_block);cout << "process pid: " << getpid() << endl;cout << "block signal success ..." << endl;int cnt = 0;while (1){// 2. 获取当前 pending 表sigset_t pending;sigemptyset(&pending);sigpending(&pending);// 3. 打印 pending 表PrintSig(pending);sleep(2);}return 0;
}